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摘 要：采用真人实验的方法，研究人上体躯干穿着气体冷却服时衣内微空间气候参数及上体躯干皮肤温度受环境温度、劳动强度和通气量变化的影响。结果表明：环境温度是影响衣内空间空气温度、湿度及皮肤温度的最主要因素；体表及衣内空间汗液蒸发吸热是影响衣内空间空气温度、湿度及皮肤温度的重要因素；影响体表汗液蒸发的主要因素是体表气流速度、劳动强度及通入压缩空气水蒸气分压力；增大压缩空气通气量对衣内空间空气温度、湿度及皮肤温度无显著影响。实验证明，该型气冷服能将人体皮肤温度控制在舒适范围内，对人体热舒适性具有一定程度的改善作用，但气冷服结构、压缩空气管及开孔布局有待改进，以充分利用汗液蒸发吸热作用，提高气冷服的降温效果。
关键词：环境温度；劳动强度；通气量；衣内微气候；皮肤温度 中图分类号：X 959 文献标志码：A
文章编号：1672-9315（2018）06-0910-09
0 引 言
长时间暴露于高温高湿环境中，劳动者的皮肤温度显著上升，出汗量增加，容易出现脱水症状[1]。当皮肤温度与环境温度接近时，人体主要依靠蒸发散热，散热能力大大降低，严重威胁着劳动人员的生命安全[2]。由于冷却服价格低廉、使用方便，已成为高温环境中改善人体热舒适性的最佳选择。冷却服可分为全身型和局部型2种，全身型主要应用于航空航天、消防等特殊行业，局部型主要应用于矿山、医疗等民用行业[3]。局部型气体冷却服在矿山行业使用范围较广，主要通过改善衣内微空间环境来强化人体散热，改善人体热舒适性。
关于人体热舒适性已有大量研究，代表性成果是Fanger提出的热舒适方程及热舒适评价模型PMV[4-7]：阐明了影响人体热舒适性的主要因素有4个环境因素（温度、湿度、风速、平均辐射温度）和2个人的因素（新陈代谢率、着装热阻），将服装作为人体的组成部分，讨论服装以外空间环境参数对人体热舒适性的影响。而笔者讨论穿着气体冷却服的人体体表与冷却服内表面之间的内部微空间环境参数对人体热舒适性的影响。因此，主要影响因素为除服装热阻以外的其它5个因素。目前，关于衣内微空间环境参数对人体热舒适性报导较少，如气冷服内通气温度、湿度、风量均会影响人体散热[8]。通入空气温度过高将影响体表对流换热量，使得潜热散热比例增大；通入空气湿度较高将影响体表水分蒸发及蒸发散热量。理论上，增加通入空气量，将加大衣内微空间气流速度，强化对流换热、换湿，提高体表散热强度[9-11]。但是实际使用过程中，风量过大容易导致降温效率降低，人体的表面可能产生刺痛感，因此需要选择合适的供风温湿度和流量[12-13]。劳动强度和环境温度也对人体散热和舒适性有较大影响[14-17]。关于人体皮肤温度的研究较多。日本文部省科学研究院对20～34名男子进行了一年4个季节皮肤温度测量[18-19]，结果表明，夏季上身躯干与四肢的平均皮肤温度没有明显区别，维持在34 ℃左右，随着气温降低，皮肤温度也有所下降；对女子的皮肤温度研究表明，气温与皮肤温度的关系与性别无关，且女子的平均皮肤温度低于男子，女子的平均皮肤温度一年之内的变化幅度为5 ℃；当外界环境为12.5～26.6 ℃时，人体感觉最为舒适，此时的平均皮肤温度为30.9～34.3 ℃.Fanger在熱舒适研究中对受试者的皮肤温度与出汗量研究发现，当人体处于舒适状况时，静坐时的出汗量基本为零，此时的平均皮肤温度为33～34 ℃；随着劳动强度的增大，出汗量显著增加，平均皮肤温度会有所下降[4]。Mairiaux等根据实验研究了环境因素（风速、温度、湿度）、新陈代谢率、着衣量与皮肤温度之间的关系，并得出了这些因素与平均皮肤温度的数学公式[20]。Berger等研究了高温环境条件下，不同温湿度、气压条件下的平均皮肤温度，并给出了相应的表达式[21]。Mehnert等采用了9所研究机构提供的1 399次实验数据，得出了人体在裸体与穿着服装2种状态下环境温度、风速、水蒸气分压力、平均辐射温度、新陈代谢率、着衣量等参数与皮肤温度的函数关系，并得出人体感觉最为舒适时的平均皮肤温度为33～34 ℃，平均皮肤温度为31.5 ℃时是人体舒适的下限，静止状态的人体的出汗临界皮肤温度为34.5～35.5 ℃[22-23].庞诚采用快速皮肤温度计研究了24名19～22岁男女青年在安静、无热辐射的条件下，温度、空气流速、湿度等因素对皮肤温度的影响规律，结果表明，这3种环境因素与皮肤温度均存在较高的相关性[24]。杨廷欣利用实验研究了人体在低温环境中，穿着不同厚度服装时的人体皮肤温度，探讨了人体在低温时皮肤温度与时间的相关性及变化规律，并根据测得的皮肤温度和相关公式建立了该条件下的人体热平衡函数计算方程，对于研究服装的保暖功能具有实际意义[25]。上述关于皮肤温度的研究，多数讨论的是大气或建筑环境内、着日常服装时人体皮肤温度受环境参数的影响规律。
而笔者讨论的是着特殊服装——气体冷却服、在高温高湿环境从事中重度劳动、通入不同压缩空气量时人体皮肤温度的变化。基于上述分析及笔者要讨论的问题，笔者采用自行研制的以压缩空气为冷源的局部冷却服，通过真人实验的方法研究不同环境温度、劳动强度、通气量下衣内微环境参数及人体躯干平均皮肤温度的变化。并根据实验研究结论论证该款气冷服的适用性和后续改进意见。
1 实验部分
1.1 实验工艺受试者上半身穿着气冷服，下半身穿着长裤，实验气冷服采用压缩空气为冷源，压缩气体通过均匀布置于服装内表面管道上的微孔输送到衣内微空间，利用压缩空气膨胀吸热、蒸发吸热和对流散热等方式实现对人体躯干降温。
1.2 受试者及实验设备实验聘请15名研究生作为受试者，男性，平均年龄24岁；身高171±3.6 cm；体重62.4±6.4 kg；受试者身体健康，无不良嗜好。实验环境气候模拟在湖南科技大学资源环境与安全工程学院人工环境气候舱内完成，内部尺寸为3 m×2.5 m×2.2 m，舱内温度控制范围-15～50 ℃，湿度控制范围30%～95%，辐射表面温度控制范围10～40 ℃；舱内温度均匀度：工作区域≤±1 ℃，温度波动度≤±0.5 ℃；湿度均匀度±3%，湿度波动度±2%.实验时，利用一等标准水银温度计（最小分度值：0.05 ℃）对实验过程中的环境温度进行校准。皮肤温度测量采用DS1922L型热电偶温度传感器（美国MAXIM公司，精度：±0.5 ℃）。根据测量点位分布的对称性以及布点规律，选择人体上肢躯干10个部位采用透气医用胶布黏贴温度传感器。测点分布如下：正面，左胸、右胸、中部、左腹、右腹；后背，左肩胛骨、右肩胛骨、后背中部、左腰、右腰。衣内微气候（风速、温湿度）采用意大利Delta公司生产的HD29型传感器测量（风速：0～1 m/s，精度：≤±（0.06 m/s+2%测量值））；温度：-10～+60 ℃，精度：≤±0.3 ℃；相对湿度：量程：5%～98%RH，精度：≤±2%（5%～90%RH），≤±2.5%remaining range），实验时，分别固定于气冷服内表面的前、后、左、右4个部位，测量数据自动传输到安捷伦数据采集器进行数据存储与读取。衣内压缩空气由空压机（最大供气量50.4 m3/h）提供，压缩空气供气管上设置德国CS公司生产的VA420流量传感器（精度：±（2%测量值+0.3%满量程）），用于测量供气流量。劳动强度通过跑步机模拟实现。 1.3 实验工况实验环境舱内风速小于0.05 m/s，通入衣内的压缩空气压力为0.8 MPa，温度为29～31 ℃.实验工况设置如下：环境相对湿度90%；环境温度24，26，28，30，32，34 ℃；劳动强度为中度劳动（5 km/h，276 W）和重度劳动（7.5 km/h，505 W）[13-14]，通风量10，14 m3/h.受试者在环境舱内停留总时间为45 min，前5 min为热适应时间，40 min为按预设劳动强度实际跑步时间。
1.4 数据分析皮肤温度、衣内风速、温湿度数据均以平均值和方差表示。平均皮肤温度为人体躯干10个部位皮肤温度的平均值。利用SPSS软件对相关数据进行相关性和t检验分析。
2 实验结果及讨论2.1 衣内微空间气候参数
2.1.1 衣内微空间风速不同环境温度、劳动强度和风量下衣内微空间风速，如图1所示。图1中所示数值为运动过程中测量的风速。为了探讨由运动强度带来的风速误差，测量了跑步姿态（上体处于前倾姿态）下静态（不跑步）时的衣内微空间风速，见表1.
1）跑步姿态（静态）下衣内平均风速均表现为：后背和右侧风速较大；送风量增大，各部位风速均有微小增加；而运动状态下衣内平均风速却表现为后背风速最小。
2）比较静态与运动状态的后背衣内风速发现，平均风速大小比较接近，而其它部位却相差较大。
出现上述现象的主要原因。
1）实验以跑步运动模拟不同劳动强度，跑步过程中HD29型传感器会不同程度出现摆动现象；传感器的摆动，造成运动状态下实测衣内微空间风速失真，但不同部位失真误差不同；
2）由于跑步时人体姿态为前倾姿态，造成后背气冷服基本紧贴体表，衣内空间主要由供气管支撑形成空间，空间较小，传感器摆动受限，因此，背风衣内空间风速测量值失真较小；
3）由于跑步时人体姿态为前倾姿态，造成前侧、左右侧气冷服远离体表，衣内空间较大，传感器悬吊在衣内空间内，传感器摆动自由度较大。因此，前侧、左右侧衣内空间风速测量值失真较大，且表现为跑步速度越快、摆动频率越大，致使前侧与左右两侧衣内空间风速测量值失真越大。基于上述原因，说明跑步期间实测衣内空间风速不能代表空间真实风速。文中后续分析基于静态测量值进行。
2.1.2 衣内湿度分析不同环境温度、劳动强度和风量下，衣内空间空气相对湿度变化如图2所示。
1）随着环境温度上升，后背衣内空间空气相对湿度仅在中度状态（10 m3/h）未达到饱和状态，约在65%～80%（但依然高于其它部位），其它工况均達到饱和状态；2）左右两侧衣内空间空气相对湿度基本不随环境温度变化而变化，中度劳动变化在50%～65%，重度劳动约变化在65%～75%；胸前衣内空间空气相对湿度在较高环境温度下（≥30 ℃）才表现出较明显上升，但实验环境温度范围内，没能达到饱和状态。基于实测衣内空间空气温度、相对湿度大小，计算得出各部位衣内空气含湿量变化如图3所示。
由图2，图3可发现
1）各部位衣内空间空气含湿量总体表现为随环境温度的升高而增大的现象。说明随环境温度升高，衣内空间空气温度升高，皮肤温度升高，汗液蒸发量增加；
2）相同条件下，后背衣内空间空气的含湿量最大，其它部位基本接近。说明单位压缩空气进入衣内空间后，后背部位压缩空气吸收水蒸气量最大，若各开孔出气量相近，则表明后背皮肤蒸发量最大；
3）相同通气量情况下，重度劳动时衣内各部位空间空气相对湿度较中度劳动有显著增加；各部位衣内空间空气含湿量也基本表现为重度劳动强度大于中度劳动强度。说明劳动强度大，出汗量越大，蒸发量也相应有所增加；
4）相同劳动强度下，通入压缩空气量变化对各部位衣内空间空气相对湿度、含湿量均无明显影响。说明在实验条件下通入的压缩空气量范围内，对体表汗液蒸发没有明显的影响；
5）实验时，不同环境温度下环境舱内相对湿度均维持在90%，均较相同环境温度下前胸、左右两侧相对湿度大，表明跑步运动过程中环境舱参数对衣内微环境参数影响不明显，表明送入气冷服衣内的压缩空气还具有容纳水蒸气的能力，通过合理的组织供气部位与开孔密度，气冷服的冷却能力还有提高的可能。产生上述现象的可能原因如下
1）后背衣内空间小，气冷服衣内供气管及供气开孔出流紧贴后背皮肤表面，开孔出流有效提高皮肤表面对流传质传热系数，皮肤表面蒸发效率高；
2）胸前、左右衣内空间较大，衣内供气管及供气开孔出流远离皮肤表面，一是通入的压缩空气不能直接作用于皮肤表面；二是压缩空气进入衣内空间，先带动衣内空间空气流动，产生紊动风流，之后对皮肤表面对流传质、传热系数产生影响；因此，造成胸前、左右皮肤表面蒸发效果较差。
2.1.3 衣内温度分析不同环境温度、劳动强度和通气量下衣内空间温度如图4所示。
由图4可以发现
1）相同劳动强度和通气量，各部位衣内空间温度均随环境温度上升而增高；2）相同通气量条件下，各部位衣内空间温度基本表现为重度劳动较中度劳动低的现象，且胸前、后背下降幅度较左右两侧大。说明劳动强度增加，蒸发吸热量增加；
3）等劳动强度、不同环境温度下，通气量为14 m3/h时的胸前衣内空间温度均高于10 m3/h时的。可能的原因是通入压缩空气温度较高，结合前胸衣内风速极小的现象，可推测前胸衣内空间汗液蒸发量较小，蒸发吸热量较小，从而造成该现象的发生；
4）在重度劳动下，除胸前部位外，其它部位衣内空间温度均出现随通气量增加而降低现象（在实验设置环境温度范围内）。重度劳动出汗量大，蒸发量较大；
5）在中度劳动强度时，大多数环境温度下（胸前24～34 ℃，后背30～34 ℃，左侧26～34 ℃，右侧28～34 ℃）衣内空间温度出现随通气量增加而升高的现象。可能的原因是通入压缩空气温度较高，中度劳动出汗量较小，蒸发吸热较小； 6）相同条件下，基本表现出后背衣内空间温度较其它部位稍低。结合含湿量的分析，后背皮肤蒸发散热量较其它部位要大，压缩空气冷却效果优于其他部位。综合上述现象可推断，汗液蒸发吸热是影响衣内空间温度的重要因素。
2.2 皮肤温度不同劳动强度、送风量情况下，人体上体躯干平均皮肤温度见表2.表2中平均皮肤温度为10个部位传感器温度测量值的算术平均值。
由表2可发现
1）在相同劳动强度和通风量时，利用皮尔逊相关性分析平均皮肤温度与环境温度之间的相关性，结果表明两者之间存在显著正相关（n=15，r>0.9），环境温度对上体躯干皮肤温度影响显著；表现为环境温度升高，上体躯干皮肤平均温度升高；
2）在相同环境温度和劳动强度，当环境温度高于26 ℃时，增大通风量对皮肤温度无显著影响（p>0.05），仅在24 ℃时具有统计意义（p<0.05）；
3）在相同环境温度和通风量，当环境温度达到或者高于30 ℃时，皮肤温度容易受到劳动强度的影响（p<0.01），皮肤温度小幅下降（0.2～1.0 ℃）；4）當人体处于中等和重度劳动时，皮肤温度处于30～33 ℃时人体感觉舒适[15]。实验通气量及环境温度范围内，上体皮肤温度基本处在舒适范围内。
基于上述不同劳动强度、送风量情况下，人体上体躯干平均皮肤温度，等通气量下、等劳动强度下各部位皮肤温度随环境温度变化如图5所示。
由图5可发现
1）等通气量下，基本表现出劳动强度越大各部位皮肤温度越小；
2）等劳动强度下，基本表现出通气量越大各部位皮肤温度越小。上述现象进一步说明，汗液蒸发吸热是影响皮肤温度的主要因素。
3 结 论
1）环境温度、体表及衣内空间汗液蒸发吸热是影响衣内空间空气温度、含湿量及皮肤温度的主要因素；
2）影响体表汗液蒸发的主要因素是体表气流速度、劳动强度及通入压缩空气水蒸气分压力；体表气流速度影响体表对流传质、传热系数，影响体表汗液蒸发强度；通入压缩空气的水蒸气分压力影响衣内空间空气可容纳水蒸气的量，影响衣内空间汗液蒸发吸热总量，影响气冷服降温幅度；
3）影响运动人体衣内空间不同部位气流速度的主要因素是各部位空间大小及通入压缩空气量；
4）根据衣内空间空气相对湿度的表现，前胸、左右两侧衣内空气还有容纳水蒸气能力，还有待通过改进气冷服结构、压缩空气管及开孔布局，充分利用汗液蒸发吸热的作用，提高气冷服的降温效果。
关键词：环境温度；劳动强度；通气量；衣内微气候；皮肤温度 中图分类号：X 959 文献标志码：A
文章编号：1672-9315（2018）06-0910-09
0 引 言
长时间暴露于高温高湿环境中，劳动者的皮肤温度显著上升，出汗量增加，容易出现脱水症状[1]。当皮肤温度与环境温度接近时，人体主要依靠蒸发散热，散热能力大大降低，严重威胁着劳动人员的生命安全[2]。由于冷却服价格低廉、使用方便，已成为高温环境中改善人体热舒适性的最佳选择。冷却服可分为全身型和局部型2种，全身型主要应用于航空航天、消防等特殊行业，局部型主要应用于矿山、医疗等民用行业[3]。局部型气体冷却服在矿山行业使用范围较广，主要通过改善衣内微空间环境来强化人体散热，改善人体热舒适性。
关于人体热舒适性已有大量研究，代表性成果是Fanger提出的热舒适方程及热舒适评价模型PMV[4-7]：阐明了影响人体热舒适性的主要因素有4个环境因素（温度、湿度、风速、平均辐射温度）和2个人的因素（新陈代谢率、着装热阻），将服装作为人体的组成部分，讨论服装以外空间环境参数对人体热舒适性的影响。而笔者讨论穿着气体冷却服的人体体表与冷却服内表面之间的内部微空间环境参数对人体热舒适性的影响。因此，主要影响因素为除服装热阻以外的其它5个因素。目前，关于衣内微空间环境参数对人体热舒适性报导较少，如气冷服内通气温度、湿度、风量均会影响人体散热[8]。通入空气温度过高将影响体表对流换热量，使得潜热散热比例增大；通入空气湿度较高将影响体表水分蒸发及蒸发散热量。理论上，增加通入空气量，将加大衣内微空间气流速度，强化对流换热、换湿，提高体表散热强度[9-11]。但是实际使用过程中，风量过大容易导致降温效率降低，人体的表面可能产生刺痛感，因此需要选择合适的供风温湿度和流量[12-13]。劳动强度和环境温度也对人体散热和舒适性有较大影响[14-17]。关于人体皮肤温度的研究较多。日本文部省科学研究院对20～34名男子进行了一年4个季节皮肤温度测量[18-19]，结果表明，夏季上身躯干与四肢的平均皮肤温度没有明显区别，维持在34 ℃左右，随着气温降低，皮肤温度也有所下降；对女子的皮肤温度研究表明，气温与皮肤温度的关系与性别无关，且女子的平均皮肤温度低于男子，女子的平均皮肤温度一年之内的变化幅度为5 ℃；当外界环境为12.5～26.6 ℃时，人体感觉最为舒适，此时的平均皮肤温度为30.9～34.3 ℃.Fanger在熱舒适研究中对受试者的皮肤温度与出汗量研究发现，当人体处于舒适状况时，静坐时的出汗量基本为零，此时的平均皮肤温度为33～34 ℃；随着劳动强度的增大，出汗量显著增加，平均皮肤温度会有所下降[4]。Mairiaux等根据实验研究了环境因素（风速、温度、湿度）、新陈代谢率、着衣量与皮肤温度之间的关系，并得出了这些因素与平均皮肤温度的数学公式[20]。Berger等研究了高温环境条件下，不同温湿度、气压条件下的平均皮肤温度，并给出了相应的表达式[21]。Mehnert等采用了9所研究机构提供的1 399次实验数据，得出了人体在裸体与穿着服装2种状态下环境温度、风速、水蒸气分压力、平均辐射温度、新陈代谢率、着衣量等参数与皮肤温度的函数关系，并得出人体感觉最为舒适时的平均皮肤温度为33～34 ℃，平均皮肤温度为31.5 ℃时是人体舒适的下限，静止状态的人体的出汗临界皮肤温度为34.5～35.5 ℃[22-23].庞诚采用快速皮肤温度计研究了24名19～22岁男女青年在安静、无热辐射的条件下，温度、空气流速、湿度等因素对皮肤温度的影响规律，结果表明，这3种环境因素与皮肤温度均存在较高的相关性[24]。杨廷欣利用实验研究了人体在低温环境中，穿着不同厚度服装时的人体皮肤温度，探讨了人体在低温时皮肤温度与时间的相关性及变化规律，并根据测得的皮肤温度和相关公式建立了该条件下的人体热平衡函数计算方程，对于研究服装的保暖功能具有实际意义[25]。上述关于皮肤温度的研究，多数讨论的是大气或建筑环境内、着日常服装时人体皮肤温度受环境参数的影响规律。
而笔者讨论的是着特殊服装——气体冷却服、在高温高湿环境从事中重度劳动、通入不同压缩空气量时人体皮肤温度的变化。基于上述分析及笔者要讨论的问题，笔者采用自行研制的以压缩空气为冷源的局部冷却服，通过真人实验的方法研究不同环境温度、劳动强度、通气量下衣内微环境参数及人体躯干平均皮肤温度的变化。并根据实验研究结论论证该款气冷服的适用性和后续改进意见。
1 实验部分
1.1 实验工艺受试者上半身穿着气冷服，下半身穿着长裤，实验气冷服采用压缩空气为冷源，压缩气体通过均匀布置于服装内表面管道上的微孔输送到衣内微空间，利用压缩空气膨胀吸热、蒸发吸热和对流散热等方式实现对人体躯干降温。
1.2 受试者及实验设备实验聘请15名研究生作为受试者，男性，平均年龄24岁；身高171±3.6 cm；体重62.4±6.4 kg；受试者身体健康，无不良嗜好。实验环境气候模拟在湖南科技大学资源环境与安全工程学院人工环境气候舱内完成，内部尺寸为3 m×2.5 m×2.2 m，舱内温度控制范围-15～50 ℃，湿度控制范围30%～95%，辐射表面温度控制范围10～40 ℃；舱内温度均匀度：工作区域≤±1 ℃，温度波动度≤±0.5 ℃；湿度均匀度±3%，湿度波动度±2%.实验时，利用一等标准水银温度计（最小分度值：0.05 ℃）对实验过程中的环境温度进行校准。皮肤温度测量采用DS1922L型热电偶温度传感器（美国MAXIM公司，精度：±0.5 ℃）。根据测量点位分布的对称性以及布点规律，选择人体上肢躯干10个部位采用透气医用胶布黏贴温度传感器。测点分布如下：正面，左胸、右胸、中部、左腹、右腹；后背，左肩胛骨、右肩胛骨、后背中部、左腰、右腰。衣内微气候（风速、温湿度）采用意大利Delta公司生产的HD29型传感器测量（风速：0～1 m/s，精度：≤±（0.06 m/s+2%测量值））；温度：-10～+60 ℃，精度：≤±0.3 ℃；相对湿度：量程：5%～98%RH，精度：≤±2%（5%～90%RH），≤±2.5%remaining range），实验时，分别固定于气冷服内表面的前、后、左、右4个部位，测量数据自动传输到安捷伦数据采集器进行数据存储与读取。衣内压缩空气由空压机（最大供气量50.4 m3/h）提供，压缩空气供气管上设置德国CS公司生产的VA420流量传感器（精度：±（2%测量值+0.3%满量程）），用于测量供气流量。劳动强度通过跑步机模拟实现。 1.3 实验工况实验环境舱内风速小于0.05 m/s，通入衣内的压缩空气压力为0.8 MPa，温度为29～31 ℃.实验工况设置如下：环境相对湿度90%；环境温度24，26，28，30，32，34 ℃；劳动强度为中度劳动（5 km/h，276 W）和重度劳动（7.5 km/h，505 W）[13-14]，通风量10，14 m3/h.受试者在环境舱内停留总时间为45 min，前5 min为热适应时间，40 min为按预设劳动强度实际跑步时间。
1.4 数据分析皮肤温度、衣内风速、温湿度数据均以平均值和方差表示。平均皮肤温度为人体躯干10个部位皮肤温度的平均值。利用SPSS软件对相关数据进行相关性和t检验分析。
2 实验结果及讨论2.1 衣内微空间气候参数
2.1.1 衣内微空间风速不同环境温度、劳动强度和风量下衣内微空间风速，如图1所示。图1中所示数值为运动过程中测量的风速。为了探讨由运动强度带来的风速误差，测量了跑步姿态（上体处于前倾姿态）下静态（不跑步）时的衣内微空间风速，见表1.
1）跑步姿态（静态）下衣内平均风速均表现为：后背和右侧风速较大；送风量增大，各部位风速均有微小增加；而运动状态下衣内平均风速却表现为后背风速最小。
2）比较静态与运动状态的后背衣内风速发现，平均风速大小比较接近，而其它部位却相差较大。
出现上述现象的主要原因。
1）实验以跑步运动模拟不同劳动强度，跑步过程中HD29型传感器会不同程度出现摆动现象；传感器的摆动，造成运动状态下实测衣内微空间风速失真，但不同部位失真误差不同；
2）由于跑步时人体姿态为前倾姿态，造成后背气冷服基本紧贴体表，衣内空间主要由供气管支撑形成空间，空间较小，传感器摆动受限，因此，背风衣内空间风速测量值失真较小；
3）由于跑步时人体姿态为前倾姿态，造成前侧、左右侧气冷服远离体表，衣内空间较大，传感器悬吊在衣内空间内，传感器摆动自由度较大。因此，前侧、左右侧衣内空间风速测量值失真较大，且表现为跑步速度越快、摆动频率越大，致使前侧与左右两侧衣内空间风速测量值失真越大。基于上述原因，说明跑步期间实测衣内空间风速不能代表空间真实风速。文中后续分析基于静态测量值进行。
2.1.2 衣内湿度分析不同环境温度、劳动强度和风量下，衣内空间空气相对湿度变化如图2所示。
1）随着环境温度上升，后背衣内空间空气相对湿度仅在中度状态（10 m3/h）未达到饱和状态，约在65%～80%（但依然高于其它部位），其它工况均達到饱和状态；2）左右两侧衣内空间空气相对湿度基本不随环境温度变化而变化，中度劳动变化在50%～65%，重度劳动约变化在65%～75%；胸前衣内空间空气相对湿度在较高环境温度下（≥30 ℃）才表现出较明显上升，但实验环境温度范围内，没能达到饱和状态。基于实测衣内空间空气温度、相对湿度大小，计算得出各部位衣内空气含湿量变化如图3所示。
由图2，图3可发现
1）各部位衣内空间空气含湿量总体表现为随环境温度的升高而增大的现象。说明随环境温度升高，衣内空间空气温度升高，皮肤温度升高，汗液蒸发量增加；
2）相同条件下，后背衣内空间空气的含湿量最大，其它部位基本接近。说明单位压缩空气进入衣内空间后，后背部位压缩空气吸收水蒸气量最大，若各开孔出气量相近，则表明后背皮肤蒸发量最大；
3）相同通气量情况下，重度劳动时衣内各部位空间空气相对湿度较中度劳动有显著增加；各部位衣内空间空气含湿量也基本表现为重度劳动强度大于中度劳动强度。说明劳动强度大，出汗量越大，蒸发量也相应有所增加；
4）相同劳动强度下，通入压缩空气量变化对各部位衣内空间空气相对湿度、含湿量均无明显影响。说明在实验条件下通入的压缩空气量范围内，对体表汗液蒸发没有明显的影响；
5）实验时，不同环境温度下环境舱内相对湿度均维持在90%，均较相同环境温度下前胸、左右两侧相对湿度大，表明跑步运动过程中环境舱参数对衣内微环境参数影响不明显，表明送入气冷服衣内的压缩空气还具有容纳水蒸气的能力，通过合理的组织供气部位与开孔密度，气冷服的冷却能力还有提高的可能。产生上述现象的可能原因如下
1）后背衣内空间小，气冷服衣内供气管及供气开孔出流紧贴后背皮肤表面，开孔出流有效提高皮肤表面对流传质传热系数，皮肤表面蒸发效率高；
2）胸前、左右衣内空间较大，衣内供气管及供气开孔出流远离皮肤表面，一是通入的压缩空气不能直接作用于皮肤表面；二是压缩空气进入衣内空间，先带动衣内空间空气流动，产生紊动风流，之后对皮肤表面对流传质、传热系数产生影响；因此，造成胸前、左右皮肤表面蒸发效果较差。
2.1.3 衣内温度分析不同环境温度、劳动强度和通气量下衣内空间温度如图4所示。
由图4可以发现
1）相同劳动强度和通气量，各部位衣内空间温度均随环境温度上升而增高；2）相同通气量条件下，各部位衣内空间温度基本表现为重度劳动较中度劳动低的现象，且胸前、后背下降幅度较左右两侧大。说明劳动强度增加，蒸发吸热量增加；
3）等劳动强度、不同环境温度下，通气量为14 m3/h时的胸前衣内空间温度均高于10 m3/h时的。可能的原因是通入压缩空气温度较高，结合前胸衣内风速极小的现象，可推测前胸衣内空间汗液蒸发量较小，蒸发吸热量较小，从而造成该现象的发生；
4）在重度劳动下，除胸前部位外，其它部位衣内空间温度均出现随通气量增加而降低现象（在实验设置环境温度范围内）。重度劳动出汗量大，蒸发量较大；
5）在中度劳动强度时，大多数环境温度下（胸前24～34 ℃，后背30～34 ℃，左侧26～34 ℃，右侧28～34 ℃）衣内空间温度出现随通气量增加而升高的现象。可能的原因是通入压缩空气温度较高，中度劳动出汗量较小，蒸发吸热较小； 6）相同条件下，基本表现出后背衣内空间温度较其它部位稍低。结合含湿量的分析，后背皮肤蒸发散热量较其它部位要大，压缩空气冷却效果优于其他部位。综合上述现象可推断，汗液蒸发吸热是影响衣内空间温度的重要因素。
2.2 皮肤温度不同劳动强度、送风量情况下，人体上体躯干平均皮肤温度见表2.表2中平均皮肤温度为10个部位传感器温度测量值的算术平均值。
由表2可发现
1）在相同劳动强度和通风量时，利用皮尔逊相关性分析平均皮肤温度与环境温度之间的相关性，结果表明两者之间存在显著正相关（n=15，r>0.9），环境温度对上体躯干皮肤温度影响显著；表现为环境温度升高，上体躯干皮肤平均温度升高；
2）在相同环境温度和劳动强度，当环境温度高于26 ℃时，增大通风量对皮肤温度无显著影响（p>0.05），仅在24 ℃时具有统计意义（p<0.05）；
3）在相同环境温度和通风量，当环境温度达到或者高于30 ℃时，皮肤温度容易受到劳动强度的影响（p<0.01），皮肤温度小幅下降（0.2～1.0 ℃）；4）當人体处于中等和重度劳动时，皮肤温度处于30～33 ℃时人体感觉舒适[15]。实验通气量及环境温度范围内，上体皮肤温度基本处在舒适范围内。
基于上述不同劳动强度、送风量情况下，人体上体躯干平均皮肤温度，等通气量下、等劳动强度下各部位皮肤温度随环境温度变化如图5所示。
由图5可发现
1）等通气量下，基本表现出劳动强度越大各部位皮肤温度越小；
2）等劳动强度下，基本表现出通气量越大各部位皮肤温度越小。上述现象进一步说明，汗液蒸发吸热是影响皮肤温度的主要因素。
3 结 论
1）环境温度、体表及衣内空间汗液蒸发吸热是影响衣内空间空气温度、含湿量及皮肤温度的主要因素；
2）影响体表汗液蒸发的主要因素是体表气流速度、劳动强度及通入压缩空气水蒸气分压力；体表气流速度影响体表对流传质、传热系数，影响体表汗液蒸发强度；通入压缩空气的水蒸气分压力影响衣内空间空气可容纳水蒸气的量，影响衣内空间汗液蒸发吸热总量，影响气冷服降温幅度；
3）影响运动人体衣内空间不同部位气流速度的主要因素是各部位空间大小及通入压缩空气量；
4）根据衣内空间空气相对湿度的表现，前胸、左右两侧衣内空气还有容纳水蒸气能力，还有待通过改进气冷服结构、压缩空气管及开孔布局，充分利用汗液蒸发吸热的作用，提高气冷服的降温效果。